Электрическая цепь постоянного тока. Параметры злементов цепи. Закон Ома
Электрическая цепь постоянного тока. Параметры злементов цепи. Закон Ома - раздел Электротехника, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Электрической Цепью Называют Совокупность Устройств, Предназначенных Для Пита...
Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для питания, передачи, приема и преобразования электрической энергии.
Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называют элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.
Элементы цепи, предназначенные для получения электрической энергии, называются источниками питания, а элементы, использующие электрическую энергию - приемниками электрической энергии.
В источниках питания происходит преобразование в электрическую энергию других видов энергий. Например, преобразование механической энергии в генераторах, химической в гальванических элементах и аккумуляторах при разрядке, тепловой в термоэлементах, световой в фотоэлементах.
В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобразуется в иные виды энергий: механическую в электродвигателях, химическую в аккумуляторах при зарядке, тепловую в нагревательных приборах, световую в осветительных приборах.
Графические изображения электрических цепей называются принципиальными схемами. На принципиальных схемах показывается взаимодействие электротехнических устройств. Однако расчеты электрических цепей удобно выполнять в виде схем замещения.
На рис.1.1 изображена схема замещения электрической цепи, которая в дальнейшем будет называться просто схемой. Схема состоит из совокупности идеализированных элементов.
Рис 1.1. Электрическая цепь постоянного тока c нагрузочным сопротивлением
Элементы электрической цепи характеризуются параметрами. Параметром источника питания является электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС численно равна работе электрического поля по перемещению суммарного электрического заряда либо внутри источника при разомкнутой цепи, либо вдоль участка проводника при замкнутой цепи:
, (1.1)
где E - ЭДС в вольтах (В);
- работа электрического поля в джоулях (Дж);
Q - суммарный электрический заряд в кулонах (Кл).
Параметром приёмника является электрическое сопротивление (R). В электрическом сопротивлении энергия электрической цепи преобразуется либо в тепловую энергию, либо в световую энергию.
Сопротивление проводника R измеряется в омах (Ом) и определяется соотношением:
, (1.2)
где - удельное сопротивление материала проводника (Ом ∙ м),
- длина проводника (м),
- сечение проводника (м²).
Сопротивление проводника постоянному току зависит от температуры. Если температура изменяется от 0 до 100° C, то количественной оценкой зависимости сопротивления металлов от температуры служит температурный коэффициент сопротивления с единицей измерения 1/°C. Обозначив через R1 и R2 сопротивления соответственно при температурах t1 и t2, можно R2 выразить формулой:
. (1.3)
Источник питания обладает внутренним сопротивлением Rвт, а нагрузочное сопротивление на схеме имеет обозначение Rн.
В замкнутой электрической цепи происходит непрерывное движение электрических зарядов, называемое электрическим током. Электрический ток в металлах и полупроводниковых приборах обусловлен упорядоченным движением свободным электронов. В электролитах (водные растворы солей, кислот и щелочей) электрический ток обусловлен упорядоченным движением положительных и отрицательных ионов под действием электрического поля.
Для количественной оценки силы тока служит величина, называемая силой тока. Принято считать направлением тока направление движения положительных зарядов, т.е. направление, обратное направлению движения электронов в проводнике.
Электрический ток, величина и направление которого остаются неизменным, называется постоянным током:
, (1.4)
где I - сила тока в амперах (A);
Q - суммарный электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в кулонах (Кл);
t - время в секундах (с).
Для участка цепи с нагрузочным сопротивлением (рис. 1.1.) запишем соотношение:
. (1.5)
Выражение (1.5) является законом Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорционально нагрузочному сопротивлению.
Для цепи (рис.1.1) , , тогда ЭДС источника . Отсюда:
. (1.6)
Выражение (1.6) является законом Ома для всей цепи: сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорционально сопротивлению цепи.
Свойство элемента электрической цепи создавать магнитное поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром индуктивности L. В качестве индуктивности будем рассматривать катушку индуктивности.
Рис 1.2. Электрическая цепь постоянного тока c индуктивностью
Индуктивность катушки определяется зависимостью:
, (1.7)
где Ф - магнитный поток одного витка катушки в веберах (Вб);
w - количество витков катушки;
- постоянный ток катушки в амперах (А);
- индуктивность катушки в генри (Гн).
На практике пользуются единицами измерения индуктивности: миллигенри (1мГн = 10Гн) и микрогенри (1мкГн = 10Гн).
Энергия магнитного поля катушки определяется зависимостью:
. (1.8)
Свойство элемента электрической цепи создавать электрическое поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром ёмкости С конденсатора. Конденсатор - устройство, состоящее из двух металлических проводников, разделенных диэлектриком, предназначенных для использования их ёмкости.
Рис 1.3. Электрическая цепь постоянного тока c ёмкостью
Ёмкость конденсатора определяется зависимостью:
, (1.9)
где - электрический заряд в кулонах (Кл);
- напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В);
- электрическая ёмкость конденсатора в фарадах (Ф).
На практике пользуются более мелкими единицами – микрофарадой
(1мкФ = 10Ф) или пикофарадой (1пФ = 10Ф). Энергия электрического поля конденсатора определяется зависимостью:
Режимы работы источника электрической энергии
Представим простейшую электрическую цепь схемой рис.1.1, на которой указан реальный источник ЭДС, например аккумулятор.
Существуют следующие режимы работы источникаэлектрической энергии по
Законы Кирхгофа
Электрические цепи делятся на неразветвленные и разветвленные цепи. Неразветвленные цепи представляют собой последовательно соединенные источники и приёмники электрической энергии. При этом источни
Параллельное соединение элементов.
Резистивные элементы.
При параллельном соединении потребителей все начальные и конечные точки элементов соединяют вместе, образуя общие зажимы (рис. 1.13)
Смешанное соединение резистивных элементов.
На рис.1.15 представлена электрическая цепь со смешанным соединением резистивных элементов, которую можно преобразовать в эквивалентную схему замещения.
Для определения экв
Треугольником и звездой.
Если при смешанном соединении резистивных элементов не удается определить эквивалентное резистивное сопротивление, то необходимо эквивалентное преобразование таких цепей. Примером у
Характеризующие переменный ток
Ток, периодически меняющийся по величине и направлению, называется переменным током. Из всех возможных форм переменного тока наибольшее распространение получил синусоидальный ток. По сравнению с др
Цепь переменного тока с активным сопротивлением
На зажимах цепи переменного тока (рис. 2.12) с активным сопротивлением, мгновенное напряжение . Согласно закону Ома мгновенный ток для участ
Цепь переменного тока с индуктивностью
Пусть в цепи переменного тока (рис 2.15) с индуктивной катушкой L без ферромагнитного сердечника проходит синусоидальный ток i=
Колебательный LC - контур переменного тока
Рассмотрим колебательный процесс в колебательном контуре, который состоит из идеальной катушки L (R = 0) и конденсатора C, то есть контура без потерь (рис. 2.33). Колебательный процес
Наличие нулевого провода
Пусть трёхфазная система представлена в виде трёхфазного генератора и активной трёхфазной нагрузки , которые соединёны звездой. На рис. 3.5
И при соединении звездой и треугольником
Активная мощность трёхфазной цепи, в которой нагрузка соединена звездой, определяется через фазные значения напряжения и тока:
. (
Однофазные трансформаторы. Устройство и принцип действия
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Рассмотрим
Трансформатора
Различают несколько режимов работы трансформатора:
1) номинальный режим, т.е. режим при номинальных (паспортных) значениях напряжения
Лекция 8
4.3. Трёхфазные трансформаторы
Конструкция трёхфазного трансформатора имеет трёхфазный магнитопровод, состоящий из листов электротехнической стали. На каждый стержень магн
Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы служат для включения в электрическую цепь электроизмерительных приборов, расширения пределов измерения измерительных приборов и повышения безопасности обслуживающего пе
Устройство и принцип действия генератора постоянного тока
Генераторы и двигатели постоянного тока по устройству не отличаются и состоят из следующих основных частей: неподвижные статора, подвижного якоря с коллектором и неподвижных щёток.
Статор
Возбуждений и их основные характеристики
В генераторах постоянного тока независимого возбуждения (рис.5.3) обмотка статора питается от постороннего источника постоянного тока, например от аккумуляторной батареи.
Возбуждений и их основные характеристики
Генераторы постоянного тока последовательного возбуждения (рис.5.10) называются сериесными машинами, так как в них сериесная обмотка возбуждения (С) подключена последовательно к якорю машины
Принцип действия электродвигателя постоянного тока
Машины постоянного тока обратимы, то есть могут работать либо в режиме генератора при механическом вращении якоря, либо в режиме электродвигателя при подаче электрического напряжения от сети в цепь
И их основные характеристики
На рис.5.18 изображена схема электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения.
Рис.6.18. Элек
Электродвигателей постоянного тока
Пуск двигателей постоянного тока может быть прямым, реостатным и при пониженном напряжении. При прямом пуске используются только электродвигатели мощностью до 1 кВт, имеющих большое сопротивление я
Лекция 10
6.Трёхфазные асинхронные машины
6.1.Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель изобретен русским
Асинхронного двигателя
Электромагнитный или вращающий момент создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током обмотки вращающегося ротора, который определяется по формуле:
Пуск и реверс асинхронных двигателей
При включении асинхронного двигателя в сеть трёхфазного переменного тока, пусковой ток IП = (5÷7)Iном. Такое увеличение тока достигается за счет большой частоты вращаю
Электропроводность полупроводников
Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. У металлов удельное сопротивление ρ=
Полупроводниковые диоды. Устройство, принцип действия
Диодом называется контактное соединение двух полупроводников, один из которых с электронной n - электропроводностью, другой с дырочной p -электропроводностью. На рис.7.6 изображены: с
Биполярные транзисторы. Устройство, принцип работы
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий три области с различными типами проводимости. Две крайние области обладают одинаковым типом проводимости, а средняя область – пр
Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом поясняется рисунком 7.21, на котором показаны условное обозначение транзистора и схема подключения к внешним питающим источникам.
Симисторы. Устройство, принцип действия
Симисторы представляют собой симметричные динисторы и симметричные тиристоры. На рис.7.27 изображены условное обозначение и схема подключения симметричного динистора к источникам прямого и обратног
Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия
Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на изменение сопротивления полупроводника под действием светового излучения.
На рис.7.31 показано устро
Устройство, принцип действия
Фототранзисторами называются полупроводниковые приборы с трёхслойной структурой типа n-p-n или p-n-p с двумя запирающими p-n переходами при отключенной базе, освещаемой через о
Однополупериодные выпрямители
Выпрямителями называются статические преобразователи переменного тока в постоянный ток. Схемы выпрямителей зависят от циклов выпрямления “m” (количества пульсаций за период Т). При од
Двухполупериодные выпрямители
Двухполупериодные выпрямители подразделяются на выпрямители с нулевым выводом трансформатора (рис.8.3) и на мостовые выпрямители (рис.8.4). На рис.8.5 показаны временные зависимости
Электронные усилители на биполярных транзисторах
Усилители низкой частоты на биполярных транзисторах имеют предварительные и выходные каскады усиления.
Рассмотрим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе, собранного по схеме с
Импульсные усилители
Импульсному (ключевому) режиму работы транзистора соответствуют два состояния: транзистор или закрыт или полностью открыт. В этом режиме транзисторы используют как бесконтактные пер
Операционные усилители
Операционные усилители выполнены на интегральных микросхемах и применяются как усилители постоянного тока для работы в режиме усиления и выполнения математических операций над анало
Асинхронный RS-триггер. Устройство, принцип действия
Триггером называется электронное устройство, предназначенное для записи, хранения и считывания двоичной информации. На рис.9.3 изображено условное обозначение асинхронного RS-триггера, в кот
Синхронный RS-триггер. Устройство, принцип действия
Синхронный RS-триггер снабжён синхронизирующим входом С, который разрешает приём сигналов с информационных входов R и S. Если на синхронизирующий вход С поступает
Синхронные D-триггер. Устройство, принцип действия
Синхронный D-триггер предназначен для одноступенчатого запоминания информации. На рис.9.7 показаны условное обозначение и таблица истинности
D - триггера. Триггер имеет два в
Шифратор. Устройство, принцип работы
Шифратор осуществляет преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. На рис.9.9 приведено символическое изображение шифратора, преобразующего десятичные числа 0, 1, 2, … , 9 в
Дешифратор. Устройство, принцип работы
Дешифраторы используются для преобразования двоичных чисел в десятичные числа и находят применение в печатающих устройствах. В таких устройствах двоичное число, поступая на вход дешифратора, вызыва
Регистры. Устройство, принцип работы
Регистрами называют логические устройства, предназначенные для запоминания и хранения цифровых кодов. Построение регистров выполняют на триггерах. Операцию передачи цифрового кода в регистр и из ре
, (1.1)
- работа электрического поля в джоулях (Дж);
, (1.2)
- удельное сопротивление материала проводника (Ом ∙ м),
- длина проводника (м),
- сечение проводника (м²).
с единицей измерения 1/°C. Обозначив через R1 и R2 сопротивления соответственно при температурах t1 и t2, можно R2 выразить формулой:
. (1.3)
, (1.4)
(рис. 1.1.) запишем соотношение:
. (1.5)
, 
, тогда ЭДС источника 
. Отсюда:
. (1.6)
, (1.7)
- постоянный ток катушки в амперах (А);
- индуктивность катушки в генри (Гн).
Гн) и микрогенри (1мкГн = 10
Гн).
. (1.8)
, (1.9)
- электрический заряд в кулонах (Кл);
- напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В);
- электрическая ёмкость конденсатора в фарадах (Ф).
Ф). Энергия электрического поля конденсатора определяется зависимостью:
. (1.10)
Новости и инфо для студентов